장비에 적합한 배터리 팩을 선택하는 방법

장비용 리튬 배터리 팩을 선택할 때는 단순히 전압과 용량만 고르는 것 이상의 고려가 필요합니다. 배터리는 장비의 전기 시스템, 물리적 구조, 작동 환경 및 충전 시스템과 호환되어야 합니다.

응용 분야에 따라 요구 사항도 다릅니다. AGV의 경우 잦은 충전이 필요하고 CAN 통신이 요구될 수 있는 반면, 전기 오토바이는 높은 방전 전류와 내후성이 필요할 수 있습니다. 의료 기기는 특정 크기 및 안전 요구 사항을 갖출 수 있는 반면, 에너지 저장 시스템은 용량과 사이클 성능에 중점을 둘 수 있습니다.

적합한 배터리 팩을 선택하려면 먼저 해당 장비의 모든 요구 사항을 파악해야 합니다.

이 가이드에서는 리튬 배터리 팩을 선택하거나 맞춤 제작할 때 고려해야 할 주요 요소들을 설명합니다.

1. 장비의 전원 사양 파악하기

첫 번째 단계는 장비가 정상 가동 시와 최대 부하 시에 각각 얼마나 많은 전력을 필요로 하는지 파악하는 것입니다.

주요 매개변수로는 다음이 있습니다:

• 정격 출력
• 작동 전압
• 정류 전류
• 피크 전류
• 운영 시간
• 일일 사용 빈도

예를 들어, 모터 구동 장치의 경우 시동 또는 가속 시 정상 작동 시보다 더 큰 전류가 필요할 수 있습니다.

따라서 배터리 팩은 연속 전력 및 최대 전력 요구 사항을 모두 고려하여 설계되어야 합니다.

배터리 에너지 요구량 계산

배터리 에너지는 다음 공식을 사용하여 추정할 수 있습니다:

에너지(Wh) = 전압(V) × 용량(Ah)

예를 들어, 48V 20Ah 배터리 팩의 공칭 에너지 용량은 대략 다음과 같습니다:

48 × 20 = 960Wh

실제 작동 시간은 장비의 전력 소비량, 작동 조건, 부하 및 배터리 시스템의 효율에 따라 달라집니다.

2. 올바른 배터리 전압 선택하기

배터리 전압은 해당 장비의 전기 시스템과 호환되어야 합니다.

일반적인 리튬 배터리 팩의 전압 범위는 다음과 같습니다:

• 12V
• 24V
• 36V
• 48V
• 52V
• 60V
• 72V

배터리 전압은 다음 기준에 따라 확인해야 합니다:

• 모터 전압
• 컨트롤러 전압
• 장비의 입력 전압
• 충전기 출력 전압
• BMS 구성

예를 들어, 48V 시스템용으로 설계된 리튬 배터리 팩은 표준 리튬이온 전지를 사용할 경우, 약 54.6V의 완전 충전 전압을 갖는 13-시리즈 구성을 채택할 수 있습니다.

시스템 호환성을 확인할 때는 공칭 전압과 완전 충전 전압을 모두 고려해야 합니다.

3. 필요한 배터리 용량 결정하기

용량은 일반적으로 암페어시(Ah) 단위로 측정됩니다.

용량이 더 큰 배터리는 더 많은 에너지를 저장할 수 있지만, 배터리의 크기와 무게도 커질 수 있습니다.

용량 선정 시 다음 사항을 고려해야 합니다:

• 필수 작동 시간
• 장비의 전력 소비량
• 사용 가능한 설치 공간
• 배터리 최대 허용 중량
• 충전 빈도

장시간 가동되는 장비의 경우, 더 큰 용량의 배터리가 필요할 수 있습니다.

휴대용 장비의 경우, 설계 시 용량과 무게 및 크기를 적절히 조화시켜야 할 수도 있습니다.

4. 적절한 배터리 화학 성분 선택하기

배터리 화학 성분에 따라 특성이 다릅니다.

NMC 리튬이온 배터리

NMC 전지는 에너지 밀도와 소형 배터리 설계가 중요한 분야에서 널리 사용됩니다.

잠재적인 응용 분야는 다음과 같습니다:

• 전동 자전거
• 전기 오토바이
• 스쿠터
• 휴대용 장비

LiFePO4 배터리

LiFePO4 전지는 안정적인 작동과 반복적인 충방전이 필요한 용도에서 흔히 사용됩니다.

잠재적인 응용 분야는 다음과 같습니다:

• AGV
• AMR
• 산업 장비
• 해양 시스템
• 에너지 저장

리튬 폴리머 배터리

리튬 폴리머 전지는 유연한 패키징이 가능하여 특정 형태나 공간적 제약이 있는 제품에 사용할 수 있습니다.

잠재적인 응용 분야는 다음과 같습니다:

• 드론
• 휴대용 전자기기
• 소형 장비

배터리 화학 성분은 단일 성능 매개변수가 아닌 전체적인 적용 용도에 따라 선택해야 합니다.

5. 연속 방전 전류 및 피크 방전 전류 확인

배터리 용량만으로는 배터리가 장비를 제대로 구동할 수 있는지 여부를 판단할 수 없습니다.

또한 배터리 팩은 충분한 전류를 공급해야 합니다.

두 가지 중요한 매개변수는 다음과 같습니다:

• 연속 방전 전류
• 최대 방전 전류

예를 들어, 전기 모터는 시동 시 짧은 시간 동안 높은 전류가 필요할 수 있습니다.

산업용 장비는 장시간 가동 시 안정적인 정전류가 필요할 수 있습니다.

BMS의 방전 정격과 배터리 셀의 방전 성능은 모두 장비의 요구 사항에 부합해야 합니다.

6. 배터리 크기와 설치 공간을 고려하세요

배터리 팩은 장비 내부나 외부에 물리적으로 장착될 수 있어야 합니다.

배터리를 설계하기 전에 다음을 측정하십시오:

• 길이
• 너비
• 높이
• 장착 지점
• 커넥터 위치
• 케이블 출구 위치
• 사용 가능한 여유 공간

기계적 요구 사항은 배터리 구성에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

예를 들어, 전기 자전거 배터리는 다운 튜브, 리어 랙 또는 시트 튜브 안에 들어갈 수 있어야 할 수도 있습니다.

산업용 장비의 경우, 특정 장착 브래킷이 포함된 맞춤형 금속 인클로저가 필요할 수 있습니다.

배터리 제조업체에 기계 도면이나 설치 공간 정보를 제공하면 배터리 팩 설계에 도움이 될 수 있습니다.

7. 적절한 BMS 선택

배터리 관리 시스템(BMS)은 리튬 배터리 팩의 중요한 구성 요소입니다.

BMS는 다음을 모니터링할 수 있습니다:

• 세포 전위
• 패키지 전압
• 충전 전류
• 방전 전류
• 온도
• 충전 상태

일반적인 보호 기능으로는 다음이 있습니다:

• 과충전 방지
• 과방전 방지
• 과전류 보호
• 단락 보호
• 온도 보호

배터리 통신이 필요한 장비의 경우, BMS는 다음 기능도 지원할 수 있습니다:

• CAN
• CAN FD
• RS485
• UART
• Modbus

BMS는 장비의 전기 및 통신 요구 사항에 따라 선정해야 합니다.

8. 운영 환경을 고려하십시오

배터리의 작동 환경은 배터리 설계에 영향을 미칠 수 있습니다.

주요 환경적 요인으로는 다음이 있습니다:

• 주변 온도
• 습도
• 물 노출
• 먼지
• 진동
• 기계적 충격
• 실내 또는 실외 사용

야외용 장비의 경우, 배터리 케이스에 물과 먼지에 대한 추가적인 보호 조치가 필요할 수 있습니다.

산업용 장비의 경우, 내진성과 기계적 장착 방식에 대해 별도로 고려해야 할 수 있습니다.

저온 환경의 경우, 설계 단계에서 충전 및 방전 온도 한계를 평가해야 합니다.

9. 충전 요구 사항 평가

배터리 팩은 충전 시스템과 호환되어야 합니다.

주요 충전 매개변수는 다음과 같습니다:

• 충전기 출력 전압
• 충전 전류
• 충전 방법
• 충전 시간
• 충전 온도 범위
• 충전 커넥터

충전기와 BMS 설정은 배터리 구성에 맞춰야 합니다.

작동 빈도가 높은 응용 분야의 경우, 충전 시간 역시 중요한 설계 매개변수가 될 수 있습니다.

10. 배터리 통신 요구 사항 고려하기

일부 장비는 메인 컨트롤러와 통신하기 위해 배터리가 필요합니다.

스마트 배터리 시스템은 다음과 같은 정보를 제공할 수 있습니다:

• 충전 상태(SOC)
• 배터리 전압
• 현재
• 온도
• 오류 정보
• 잔여 용량

통신 프로토콜로는 CAN, RS485, UART 또는 Modbus 등이 포함될 수 있습니다.

이 기능은 일반적으로 다음과 같은 경우에 고려됩니다:

• AGV
• AMR
• 로봇
• 산업 장비
• 전기 자동차

BMS를 선정하기 전에 통신 요구 사항을 확인해야 합니다.

11. 안전 및 인증 요건 확인

배터리 요구 사항은 목표 시장과 용도에 따라 달라질 수 있습니다.

일반적인 표준 및 인증에는 다음이 포함될 수 있습니다:

• UN38.3
• IEC 62133-2
• CE
• UL2271
• FCC
• RoHS

리튬 배터리를 해외로 발송할 때는 운송 요건도 고려해야 합니다.

OEM 프로젝트의 경우, 인증 요건은 가급적 제품 개발 단계에서 파악되어야 합니다.

이를 통해 시제품 개발 단계 이후에 배터리 설계를 변경해야 할 위험을 줄일 수 있습니다.

12. 배터리 보호 및 인클로저 설계를 고려하십시오

배터리 케이스는 내부 셀, BMS, 배선 및 기타 부품을 보호합니다.

용도에 따라 인클로저는 다음 사항을 고려해야 할 수 있습니다:

• 먼지 방지
• 수자원 보호
• 충격 방지
• 열 방출
• 기계적 장착

일반적인 주택 건축 자재로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• 플라스틱
• 알루미늄
• 강철
• 맞춤형 복합 구조물

실외에서 사용할 경우, 적절한 IP 보호 등급이 필요할 수 있습니다.

13. 셀 일관성 및 배터리 팩 품질 평가

배터리 팩은 일반적으로 직렬 및 병렬로 연결된 여러 개의 셀로 구성됩니다.

따라서 세포의 일관성이 중요합니다.

제조업체는 다음 사항을 평가할 수 있습니다:

• 세포 전위
• 내부 저항
• 용량
• 세포의 형태

적절한 점도를 가진 셀은 배터리 조립 전에 선별하여 그룹화할 수 있습니다.

배터리 팩 생산 과정에는 다음 사항도 포함될 수 있습니다:

• 용접 검사
• BMS 테스트
• 충전 및 방전 시험
• 에이징 테스트
• 최종 전기 검사

14. 예상되는 운용 조건을 고려한다

배터리를 선택할 때는 예상되는 사용 패턴을 고려해야 합니다.

다음과 같이 생각해 보십시오:

• 매일 운영 시간
• 충전 빈도
• 방전 깊이
• 예상 서비스 기간
• 보관 조건

예를 들어, 하루에 여러 교대로 가동되는 AGV는 일주일에 몇 시간만 사용되는 장비와 배터리 요구 사항이 다를 수 있습니다.

예상 사용 패턴은 셀의 화학적 특성, 용량, BMS 설정 및 열 설계에 영향을 미칠 수 있습니다.

15. 제품 개발 과정에서 배터리 제조사와 협력하기

맞춤형 배터리 프로젝트의 경우, 장비 개발 단계에서 배터리 제조사를 참여시키는 것이 도움이 될 수 있습니다.

배터리 제조업체는 다음을 지원할 수 있습니다:

• 배터리 사양 설계
• 세포 선택
• 직렬 및 병렬 연결
• BMS 선정
• 구조 설계
• 커넥터 선정
• 시제품 생산
• 배터리 테스트
• 자격증 시험 대비
• 대량 생산

초기 단계에서 소통을 통해 전기적 및 기계적 요구 사항을 종합적으로 고려할 수 있습니다.

16. 배터리 제조업체에 어떤 정보를 제공해야 합니까?

맞춤형 배터리 솔루션을 요청할 때, 상세한 기술 정보를 제공하면 설계 과정을 더욱 효율적으로 진행할 수 있습니다.

유용한 정보는 다음과 같습니다:

일부 매개변수를 확인할 수 없는 경우에도, 장비의 전력 소비량, 가동 시간 및 설치 치수는 예비 배터리 설계에 유용한 정보를 제공할 수 있습니다.

17. 배터리 팩을 선택할 때 흔히 저지르는 실수

배터리 선택 시 전압과 용량에만 초점을 맞출 경우 여러 가지 문제가 발생할 수 있습니다.

전류를 확인하지 않고 용량 선택하기

배터리의 Ah 용량이 충분하더라도, 방전 전류가 해당 장비에 필요한 수준에 미치지 못하면 적합하지 않을 수 있습니다.

설치 공간 무시

전기적 사양이 적합한 배터리라도 해당 장비에 장착되지 않을 수 있습니다.

통신 확인 없이 BMS 선택하기

장비가 CAN 또는 RS485 통신을 필요로 하는 경우, BMS는 해당 프로토콜을 지원해야 합니다.

인증 고려가 너무 늦은 건 아닐까

인증 요건은 셀 선정, BMS 설계, 외장 설계 및 시험에 영향을 미칠 수 있습니다.

운영 환경 무시

온도, 물, 먼지, 진동 및 기계적 충격은 모두 배터리 팩 설계에 영향을 미칠 수 있습니다.

결론

적합한 배터리 팩을 선택하려면 전기적 및 기계적 요구 사항을 모두 고려해야 합니다.

주요 요인은 다음과 같습니다:

• 전압
• 용량
• 연속 전류 및 피크 전류
• 배터리 화학
• 셀 구성
• BMS
• 물리적 치수
• 충전 요건
• 운영 환경
• 통신 기능
• 안전 인증

장비 제조사의 경우, 고정된 사양을 가진 표준 배터리를 사용하는 대신 실제 제품 요구 사항에 맞춰 맞춤형 배터리 팩을 설계할 수 있습니다.

리튬 배터리 제조업체에 상세한 장비 정보를 제공함으로써, 시제품 생산에 앞서 전기적, 기계적, 환경적 측면 및 규정 준수 측면에서 배터리 설계를 평가할 수 있습니다.

자주 묻는 질문

내 장비에 필요한 배터리 전압을 어떻게 알 수 있나요?

장비의 정격 입력 전압, 모터 또는 컨트롤러 사양, 그리고 기존 배터리의 사양을 확인하십시오. 배터리의 공칭 전압과 완전 충전 전압을 모두 고려해야 합니다.

필요한 배터리 용량은 어떻게 계산하나요?

배터리의 에너지는 전압 × 용량을 곱하여 추정할 수 있습니다. 이때 필요한 용량은 장비의 전력 소비량, 예상 작동 시간 및 작동 조건에 따라 달라집니다.

NMC와 LiFePO4 중 어떤 것을 선택해야 할까요?

선택은 용도에 따라 달라집니다. 에너지 밀도와 소형 설계가 중요한 경우에는 NMC가 적합할 수 있으며, 안정적인 작동과 반복적인 충방전이 필요한 용도의 경우에는 LiFePO4를 고려해 볼 수 있습니다.

배터리 제조업체에는 어떤 정보가 필요한가요?

유용한 정보로는 전압, 용량, 전류, 작동 시간, 치수, 충전 요건, 온도 범위, 통신 프로토콜 및 인증 요건 등이 있습니다.

배터리 팩을 제 장비에 맞게 맞춤 제작할 수 있나요?

네. 특정 전기 사양, 설치 치수, 커넥터, 장착 구조 및 통신 요구 사항에 맞춰 맞춤형 배터리 팩을 설계할 수 있습니다.